生物工程在农业方面的应用研究
一、引言
生物工程是利用生物学原理和技术，结合工程学方法，对生物系统进行改造和优化，以实现特定目标的一门科学。在农业领域，生物工程的应用研究已经取得了显著的进展，为农业生产提供了新的技术和手段。本文将介绍生物工程在育种、生物农药研发、生物肥料研究和农业环境治理等方面的应用。
二、生物工程技术在育种中的应用
1. 基因工程育种
基因工程育种是通过改变植物或动物的遗传物质，培育出具有优良性状的新品种。例如，通过基因工程方法将耐旱、耐寒、抗病等基因导入植物体内，提高作物的抗逆性；将动物生长激素基因导入猪、牛等动物体内，缩短生长周期，提高产量。
2. 细胞工程育种
细胞工程育种是通过细胞融合技术，将不同物种的细胞融合在一起，形成具有新性状的新品种。例如，将不同植物的细胞融合在一起，培育出具有多种优良性状的新品种；将动物细胞与植物细胞融合在一起，培育出具有动物生长速度和植物抗逆性的新品种。
3. 分子标记辅助育种
分子标记辅助育种是通过分析个体的DA序列差异，确定其遗传背景和亲缘关系，为育种提供科学依据。例如，通过分子标记技术确定作物的亲本来源和遗传背景，为杂交育种提供依据；通过分子标记技术确定动物的近交程度和遗传疾病风险，为选种提供依据。
三、生物农药的研发与应用
1. 微生物农药
微生物农药是指利用微生物及其代谢产物制成的农药。这类农药具有对环境友好、对人畜无害、不易产生抗性等优点。例如，利用苏云金杆菌制成的微生物农药可以防治多种害虫；利用井冈霉素制成的微生物农药可以防治水稻纹枯病等病害。
2. 生物化学农药
生物化学农药是指利用生物代谢产物或提取物制成的农药。这类农药具有高效、低毒、低残留等优点。例如，利用昆虫信息素制成的生物化学农药可以干扰昆虫的交配行为，降低害虫的繁殖率；利用植物提取物制成的生物化学农药可以干扰病原菌的生长和繁殖。
3. 基因工程农药
基因工程农药是指利用基因工程技术生产的新型农药。这类农药具有对靶标生物高特异性、对非靶标生物低毒性、不易产生抗性等优点。例如，通过基因工程技术将毒性蛋白基因导入植物体内，使植物具有抗虫和抗病毒等特性；通过基因工程技术将昆虫信息素基因导入微生物中，生产具有高效杀虫活性的生物农药。
四、生物肥料的研究与开发
1. 微生物肥料
微生物肥料是指利用微生物及其代谢产物制成的肥料。这类肥料具有提高土壤肥力、促进作物生长、减少化肥使用量等优点。例如，通过接种有益微生物制成的微生物肥料可以改善土壤结构、增加土壤养分含量；利用光合细菌制成的微生物肥料可以促进作物的光合作用和营养吸收。
2. 基因工程肥料
基因工程肥料是指利用基因工程技术生产的新型肥料。这类肥料具有提高养分利用率、促进作物生长、提高产量等优点。例如，通过基因工程技术将植物生长激素基因导入微生物中制成基因工程肥料可以促进作物的生长和发育；通过基因工程技术将固氮基因导入植物体内制成基因工程肥料可以提高土壤的氮素含量。
3. 复合微生物肥料
复合微生物肥料是指将多种微生物及其代谢产物混合制成的肥料。这类肥料具有综合改善土壤环境、促进作物生长和提高产量等优点。例如，将固氮菌、解磷菌和解钾菌等多种有益微生物混合制成的复合微生物肥料可以同时提高土壤的氮、磷、钾含量；将微生物肥料与有机肥混合制成的复合微生物肥料可以同时提供有机肥的有机质和微生物肥料的生物活性。
五、生物技术在农业环境治理中的应用
1. 土壤污染治理
土壤污染是指由于人类活动产生的有害物质进入土壤而造成土壤质量下降的现象。生物技术在土壤污染治理中具有重要作用。例如，通过接种降解菌可以降低土壤中的有机污染物含量；利用植物修复技术可以清除重金属污染土壤中的有毒物质并减少污染面积。此外还可以采用联合修复技术进行复合污染治理即通过物理化学-生物联合作用使污染物得到有效去除。同时基于宏基因组学技术对污染物降解菌群落进行调控也是未来研究的热点之一.目前已经发现多种能够降解农药和多环芳烃等污染物的菌株并将这些菌株用于污染场地修复工作取得了显著成效.未来将高通量测序技术和宏基因组学技术应用于农田土壤污染修复过程中可以对污染物降解菌群落进行更深入的研究和调控从而提高修复效率。
2. 水体污染治理
水体污染是指由于人类活动产生的有害物质进入水体而造成水质下降的现象。生物技术在水体污染治理中具有重要作用。例如，通过生物过滤技术可以去除水体中的有机物和氨氮等污染物；利用微生物燃料电池技术可以将废水中的有机物转化为电能并同时去除污染物。此外还可以采用复合技术进行水体修复即通过物理化学-生物联合作用使污染物得到有效去除。例如将活性污泥法与MBR技术结合使用可以提高废水处理效率并降低运行成本；将化学沉淀法与MBR技术结合使用可以同时去除重金属和有机物等污染物。
六、结论
生物工程在农业领域的应用研究已经取得了显著的进展为农业生产提供了新的技术和手段。未来随着生物技术的不断发展将会有更多的新技术和新方法应用于农业生产中为农业生产带来更大的经济效益和生态效益。同时随着人们对环保和健康的重视将会有更多的生物工程产品应用于农业领域中为农业生产提供更加安全和环保的保障。